CN106569891B - 一种存储系统中任务调度执行的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种存储系统中任务调度执行的方法和装置,该方法包括:将任务划分为快速任务和标准任务,并分别放入快速任务队列和标准任务队列;分配用于处理任务的CPU核心,为每个所述CPU核心分配对应的进程,并为每个所述进程分配对应的一个快速任务队列或标准任务队列;每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务。本申请提供的上述存储系统中任务调度执行的方法和装置,能够减少存储系统中任务进程和线程切换的性能开销,提高系统性能的同时降低IO延迟。
Description
技术领域
本发明属于存储系统技术领域,特别是涉及一种存储系统中任务调度执行的方法和装置。
背景技术
存储系统中,CPU执行的任务多种多样,有些是计算密集型任务,任务的执行主要用到CPU的逻辑运算单元(ALU),如加解密算法、压缩算法等;有些是IO密集型任务,任务的执行需要访问内部或外部存储器,如文件读写、磁盘读写和内存拷贝等。不同类型的任务执行时间及所需系统资源均不相同,但存储系统中的不同类型的任务之间相互依赖,这就要求各种类型任务交叉执行。
传统的存储系统中,每个CPU有多个核心,每个核心都有自己独立的寄存器和逻辑运算单元等,能够独立完成指令的执行。但存储系统中的进程和线程数量通常远大于CPU核心数,因此在执行任务时需要对进程和线程进行调度,某个CPU核心在执行另一个进程或线程时,需要将进程或线程的上下文装载到内部的寄存器中,之后才能开始执行指令。进程和线程的切换开销很大,尤其是在每个进程和线程执行的任务较小时,频繁的进程和线程切换严重影响系统的性能。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种存储系统中任务调度执行的方法和装置,能够减少存储系统中任务进程和线程切换的性能开销,提高系统性能的同时降低IO延迟。
本发明提供的一种存储系统中任务调度执行的方法,包括:
将任务划分为快速任务和标准任务,并分别放入快速任务队列和标准任务队列;
分配用于处理任务的CPU核心,为每个所述CPU核心分配对应的进程,并为每个所述进程分配对应的一个快速任务队列或标准任务队列;
每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务。
优选的,在上述存储系统中任务调度执行的方法中,还包括:
为所述快速任务设置第一超时时间,当所述快速任务的累计执行时间超过所述第一超时时间,则停止执行;
为所述标准任务设置第二超时时间,当所述标准任务的累计执行时间超过所述第二超时时间,则停止执行,其中,所述第二超时时间大于所述第一超时时间。
优选的,在上述存储系统中任务调度执行的方法中,在每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务之后,还包括:
当所述进程的时间片耗尽且任务需要继续执行时,按照任务发起者设定的任务分配策略选择任务队列,并将所述任务插入到选定的所述任务队列的队尾。
优选的,在上述存储系统中任务调度执行的方法中,所述任务分配策略为轮询策略、负载均衡策略、指定队列策略或者自定义策略。
优选的,在上述存储系统中任务调度执行的方法中,在所述执行所述任务之后,还包括:
当所述进程在执行所述任务时超时或出错,则终止任务执行并将任务执行结果返回所述任务发起者;
当所述进程执行所述任务完毕,将任务执行结果返回所述任务发起者。
本发明提供的一种存储系统中任务调度执行的装置,包括:
划分单元,用于将任务划分为快速任务和标准任务,并分别放入快速任务队列和标准任务队列;
分配单元,用于分配用于处理任务的CPU核心,为每个所述CPU核心分配对应的进程,并为每个所述进程分配对应的一个快速任务队列或标准任务队列;
执行单元,用于每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务。
优选的,在上述存储系统中任务调度执行的装置中,还包括:
第一设置单元,用于为所述快速任务设置第一超时时间,当所述快速任务的累计执行时间超过所述第一超时时间,则停止执行;
第二设置单元,用于为所述标准任务设置第二超时时间,当所述标准任务的累计执行时间超过所述第二超时时间,则停止执行,其中,所述第二超时时间大于所述第一超时时间。
优选的,在上述存储系统中任务调度执行的装置中,还包括:
任务队列选择单元,用于当所述进程的时间片耗尽且任务需要继续执行时,按照任务发起者设定的任务分配策略选择任务队列,并将所述任务插入到选定的所述任务队列的队尾。
优选的,在上述存储系统中任务调度执行的装置中,还包括:
第一返回单元,用于当所述进程在执行所述任务时超时或出错,则终止任务执行并将任务执行结果返回所述任务发起者;
第二返回单元,用于当所述进程执行所述任务完毕,将任务执行结果返回所述任务发起者。
通过上述描述可知,本发明提供的一种存储系统中任务调度执行的方法和装置,由于该方法包括将任务划分为快速任务和标准任务,并分别放入快速任务队列和标准任务队列;分配用于处理任务的CPU核心,为每个所述CPU核心分配对应的进程,并为每个所述进程分配对应的一个快速任务队列或标准任务队列;每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务,因此能够减少存储系统中任务进程和线程切换的性能开销,提高系统性能的同时降低IO延迟。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的第一种存储系统中任务调度执行的方法的示意图;
图2为本申请实施例提供的第一种存储系统中任务调度执行的装置的示意图;
图3为存储系统中任务调度和执行的流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种存储系统中任务调度执行的方法和装置,能够减少存储系统中任务进程和线程切换的性能开销,提高系统性能的同时降低IO延迟。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供的第一种存储系统中任务调度执行的方法如图1所示,图1为本申请实施例提供的第一种存储系统中任务调度执行的方法的示意图,该方法包括如下步骤:
S1:将任务划分为快速任务和标准任务,并分别放入快速任务队列和标准任务队列;
一般情况下,任务以先进先出的队列方式关联起来形成任务队列,不同类型的任务形成不同类型的任务队列,若采用其他组织方式,则所采用的方式必须能够保证每个任务的相邻两次调度执行的时间相同,也意味着队列中的每个任务被选择调度的概率相同。快速任务指的是存储系统中执行时间较短的任务,如简单的数值计算,数量较少的内存操作等,而标准任务指的是存储系统中执行时间可能较长的任务,如IO设备访问、文件读写、大量内存拷贝等。
S2:分配用于处理任务的CPU核心,为每个所述CPU核心分配对应的进程,并为每个所述进程分配对应的一个快速任务队列或标准任务队列;
其中,用任务指代一个较为独立的,目的明确的操作集合,通常一个任务对应用户的一个操作请求,如创建存储池、删除节点等等,进程通过执行任务中的操作来完成任务。从存储系统的所有CPU中分配固定数量的CPU核心,专门用于任务的执行。所分配的CPU核心在系统重启前不变。为每个CPU核心分配一个单独的进程,进程与CPU核心是一一对应的关系,不允许进程在不同CPU核心间切换。快速任务队列和标准任务队列的数量可根据不同的系统而有不同的值。允许相同类型的任务队列进行拆分合并,不允许任务队列切换执行进程。
S3:每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务。
需要说明的是,每个任务需要包含所要执行的操作集合,用于执行任务的进程来执行。每个任务执行的时间片与操作系统中进程执行的时间片相同。操作系统中有多个进程,每个CPU核心在一个时刻只能执行一个进程,因此每个进程只能使用CPU核心一段时间,之后就要让给其他进程。进程一次使用CPU核心的时间段,就称为时间片,时间片的大小是由操作系统确定的。
通过上述描述可知,本申请实施例提供的第一种存储系统中任务调度执行的方法,由于包括将任务划分为快速任务和标准任务,并分别放入快速任务队列和标准任务队列;分配用于处理任务的CPU核心,为每个所述CPU核心分配对应的进程,并为每个所述进程分配对应的一个快速任务队列或标准任务队列;每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务,因此能够减少存储系统中任务进程和线程切换的性能开销,提高系统性能的同时降低IO延迟。
本申请实施例提供的第二种存储系统中任务调度执行的方法,是在上述第一种存储系统中任务调度执行的方法的基础上,还包括如下技术特征:
为所述快速任务设置第一超时时间,当所述快速任务的累计执行时间超过所述第一超时时间,则停止执行;
为所述标准任务设置第二超时时间,当所述标准任务的累计执行时间超过所述第二超时时间,则停止执行,其中,所述第二超时时间大于所述第一超时时间。
需要说明的是,这里的第一超时时间和第二超时时间无法确定一个绝对的值,因为时间范围受限于硬件平台,如磁盘性能、HBA卡的传输带宽、CPU和内存的性能等。通常来说,快速任务的第一超时时间在1秒左右,但通常不超过1秒,而标准任务的第二超时时间一般在几十秒。
本申请实施例提供的第三种存储系统中任务调度执行的方法,是在上述第二种存储系统中任务调度执行的方法的基础上,还包括如下技术特征:在每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务之后,还包括:
当所述进程的时间片耗尽且任务需要继续执行时,按照任务发起者设定的任务分配策略选择任务队列,并将所述任务插入到选定的所述任务队列的队尾。
需要说明的是,进程依次执行任务队列中的任务,每次从任务队列头取出一个任务,执行任务中的操作集合。执行任务中的操作集合所需的系统资源和参数,可由任务所在的任务发起者在上下文中提供,也可由任务发起者在生成任务时包含于任务结构中。进程执行任务的时间片与存储系统的操作系统中进程调度时的时间片相同。
本申请实施例提供的第四种存储系统中任务调度执行的方法,是在上述第三种存储系统中任务调度执行的方法的基础上,还包括如下技术特征:所述任务分配策略为轮询策略、负载均衡策略、指定队列策略或者自定义策略。
某一类任务需要插入到对应类型的任务队列中。当任务发起者生成一个任务后,可以依照某种策略选择任务队列,并将任务插入到队列中。可选的任务队列选择策略如下:
轮询:任务依次在多个任务队列中执行;
负载均衡:任务每次入队都选择队列深度最小的任务队列;
指定队列:任务仅在任务发起者指定的任务队列中执行;
自定义策略:可以在自定义的多个不同的队列中执行。
本申请实施例提供的第五种存储系统中任务调度执行的方法,是在上述第四种存储系统中任务调度执行的方法的基础上,还包括如下技术特征:在所述执行所述任务之后,还包括:
当所述进程在执行所述任务时超时或出错,则终止任务执行并将任务执行结果返回所述任务发起者;
当所述进程执行所述任务完毕,将任务执行结果返回所述任务发起者。
其中,为每种类型的任务指定一个超时时间,若任务每次执行的累积时间超过该超时时间,则停止该任务的执行,将任务的执行结果和错误类型返回给任务发起者。为快速任务指定较短的超时时间,为标准任务指定较长的超时时间。
本申请实施例提供的第一种存储系统中任务调度执行的装置如图2所示,图2为本申请实施例提供的第一种存储系统中任务调度执行的装置的示意图,该装置包括:
划分单元201,用于将任务划分为快速任务和标准任务,并分别放入快速任务队列和标准任务队列,一般情况下,任务以先进先出的队列方式关联起来形成任务队列,不同类型的任务形成不同类型的任务队列,若采用其他组织方式,则所采用的方式必须能够保证每个任务的相邻两次调度执行的时间相同,也意味着队列中的每个任务被选择调度的概率相同。快速任务指的是存储系统中执行时间较短的任务,如简单的数值计算,数量较少的内存操作等,而标准任务指的是存储系统中执行时间可能较长的任务,如IO设备访问、文件读写、大量内存拷贝等;
分配单元202,用于分配用于处理任务的CPU核心,为每个所述CPU核心分配对应的进程,并为每个所述进程分配对应的一个快速任务队列或标准任务队列,其中,用任务指代一个较为独立的,目的明确的操作集合,通常一个任务对应用户的一个操作请求,如创建存储池、删除节点等等,进程通过执行任务中的操作来完成任务。从存储系统的所有CPU中分配固定数量的CPU核心,专门用于任务的执行。所分配的CPU核心在系统重启前不变。为每个CPU核心分配一个单独的进程,进程与CPU核心是一一对应的关系,不允许进程在不同CPU核心间切换。快速任务队列和标准任务队列的数量可根据不同的系统而有不同的值。允许相同类型的任务队列进行拆分合并,不允许任务队列切换执行进程;
执行单元203,用于每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务,需要说明的是,每个任务需要包含所要执行的操作集合,用于执行任务的进程来执行。每个任务执行的时间片与操作系统中进程执行的时间片相同。操作系统中有多个进程,每个CPU核心在一个时刻只能执行一个进程,因此每个进程只能使用CPU核心一段时间,之后就要让给其他进程。进程一次使用CPU核心的时间段,就称为时间片,时间片的大小是由操作系统确定的。
本申请实施例提供的第二种存储系统中任务调度执行的装置,是在上述第一种存储系统中任务调度执行的装置的基础上,还包括如下技术特征:
第一设置单元,用于为所述快速任务设置第一超时时间,当所述快速任务的累计执行时间超过所述第一超时时间,则停止执行;
第二设置单元,用于为所述标准任务设置第二超时时间,当所述标准任务的累计执行时间超过所述第二超时时间,则停止执行,其中,所述第二超时时间大于所述第一超时时间。需要说明的是,这里的第一超时时间和第二超时时间无法确定一个绝对的值,因为时间范围受限于硬件平台,如磁盘性能、HBA卡的传输带宽、CPU和内存的性能等。通常来说,快速任务的第一超时时间在1秒左右,但通常不超过1秒,而标准任务的第二超时时间一般在几十秒。
本申请实施例提供的第三种存储系统中任务调度执行的装置,是在上述第二种存储系统中任务调度执行的装置的基础上,还包括如下技术特征:
任务队列选择单元,用于当所述进程的时间片耗尽且任务需要继续执行时,按照任务发起者设定的任务分配策略选择任务队列,并将所述任务插入到选定的所述任务队列的队尾。
需要说明的是,进程依次执行任务队列中的任务,每次从任务队列头取出一个任务,执行任务中的操作集合。执行任务中的操作集合所需的系统资源和参数,可由任务所在的任务发起者在上下文中提供,也可由任务发起者在生成任务时包含于任务结构中。进程执行任务的时间片与存储系统的操作系统中进程调度时的时间片相同。
本申请实施例提供的第四种存储系统中任务调度执行的装置,是在上述第三种存储系统中任务调度执行的装置的基础上,还包括如下技术特征:第一返回单元,用于当所述进程在执行所述任务时超时或出错,则终止任务执行并将任务执行结果返回所述任务发起者;
第二返回单元,用于当所述进程执行所述任务完毕,将任务执行结果返回所述任务发起者。
其中,为每种类型的任务指定一个超时时间,若任务每次执行的累积时间超过该超时时间,则停止该任务的执行,将任务的执行结果和错误类型返回给任务发起者。为快速任务指定较短的超时时间,为标准任务指定较长的超时时间。
如图3所示,图3为存储系统中任务调度和执行的流程图。图中11、12、13和14是分配专门用于处理任务的CPU核心。为每个核心分配一个进程,分别为21、22、23和24。每个进程对应一个任务队列,分别为31、32、33和34。以任务队列31为例,其中有多个任务,如311、312、313和314。任务发起者41和42向任务队列中插入任务,根据任务发起者的任务队列选择策略,任务发起者41向任务队列31和33插入任务,任务发起者42向任务队列32和34插入任务。任务队列31中,任务314即为任务发起者41刚刚插入到队尾的任务。
每个执行任务的进程都独占CPU的核心,因此不存在进程的切换开销。进程21从任务队列头取出任务,如图所示为任务311。进程21取出任务311后,首先获取任务311的执行参数,根据任务发起者组织数据的方式不同,可以从任务结构中获取,或者通过任务所在上下文获取,也可由其它自定义的方式获取。当获取任务311的执行参数后,进程21开始执行任务311的代码。当时间片耗尽且任务311未执行完成时,根据任务发起者41预先为任务311指定的队列选择策略,再次选择任务队列并插入到队尾。若任务311在执行过程中出错,如堆栈溢出、非法指针引用、非法操作、或所访问的设备不存在等异常情况,则停止任务的执行,并向任务发起者41返回任务执行的状态。若任务311的多次执行累积时间大于此类任务的超时时间,则同样停止任务的执行,并向任务发起者41返回任务执行的状态。若任务311执行完毕,则向任务发起者返回任务执行结果。
综上所述,本申请实施例提供的存储系统中任务调度执行的方法和装置,相比传统存储系统中采用多个进程和线程的任务执行方式,能够减少进程和线程的创建时间、以及进程和线程执行上下文切换时的性能开销,显著地提高了任务执行效率,提升系统性能的同时也降低了单个任务执行的时间,提高了系统IOPS。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种存储系统中任务调度执行的方法,其特征在于,包括:
将任务划分为快速任务和标准任务,并分别放入快速任务队列和标准任务队列;
分配用于处理任务的CPU核心,为每个所述CPU核心分配对应的进程,并为每个所述进程分配对应的一个快速任务队列或标准任务队列;
每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务;
还包括:
为所述快速任务设置第一超时时间,当所述快速任务的累计执行时间超过所述第一超时时间,则停止执行;
为所述标准任务设置第二超时时间,当所述标准任务的累计执行时间超过所述第二超时时间,则停止执行,其中,所述第二超时时间大于所述第一超时时间;
在每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务之后,还包括:
当所述进程的时间片耗尽且任务需要继续执行时,按照任务发起者设定的任务分配策略选择任务队列,并将所述任务插入到选定的所述任务队列的队尾;
所述任务分配策略为轮询策略、负载均衡策略、指定队列策略或者自定义策略。
2.根据权利要求1所述的存储系统中任务调度执行的方法,其特征在于,
在所述执行所述任务之后,还包括:
当所述进程在执行所述任务时超时或出错,则终止任务执行并将任务执行结果返回所述任务发起者;
当所述进程执行所述任务完毕,将任务执行结果返回所述任务发起者。
3.一种存储系统中任务调度执行的装置,其特征在于,包括:
划分单元,用于将任务划分为快速任务和标准任务,并分别放入快速任务队列和标准任务队列;
分配单元,用于分配用于处理任务的CPU核心,为每个所述CPU核心分配对应的进程,并为每个所述进程分配对应的一个快速任务队列或标准任务队列;
执行单元,用于每个所述进程从对应的快速任务队列或标准任务队列中取出任务并执行所述任务;
还包括:
第一设置单元,用于为所述快速任务设置第一超时时间,当所述快速任务的累计执行时间超过所述第一超时时间,则停止执行;
第二设置单元,用于为所述标准任务设置第二超时时间,当所述标准任务的累计执行时间超过所述第二超时时间,则停止执行,其中,所述第二超时时间大于所述第一超时时间;
还包括:
任务队列选择单元,用于当所述进程的时间片耗尽且任务需要继续执行时,按照任务发起者设定的任务分配策略选择任务队列,并将所述任务插入到选定的所述任务队列的队尾。
4.根据权利要求3所述的存储系统中任务调度执行的装置,其特征在于,
还包括:
第一返回单元,用于当所述进程在执行所述任务时超时或出错,则终止任务执行并将任务执行结果返回所述任务发起者;
第二返回单元,用于当所述进程执行所述任务完毕,将任务执行结果返回所述任务发起者。
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